Солид-стате батерије у дроновима: победе, препреке и шта је следеће за оператере

Резултат? Континуирани лет од 48 минута и 10 секунди - нешто што би било незамисливо са литијум-јонским пре само неколико година. За свакога у простору, то није само број; то је доказ дачврстом стањуможе да реши две највеће замерке оператера дронова: кратко време лета и бриге о безбедности. Тај пробни лет није само оборио рекорд – показао је да еВТОЛ-ови (и беспилотне летелице, уопште) ускоро могу да се носе са дужим, поузданијим мисијама без смањења углова у безбедности.

Панасониц је такође ускочио, са ачврста батеријанаправљен посебно за мање дронове — а њихове спецификације су погодне за заузете оператере. Замислите да пуните батерију дрона од 10% до 80% за 3 минута. За тим за испоруку који има 20+ летова дневно, то скраћује време застоја са 30 минута (са литијум-јонским) на скоро ништа. Још боље? На собној температури траје 10.000 до 100.000 циклуса пуњења. Грађевинска компанија са којом радимо нам је рекла да мењају литијум-јонске батерије сваких 6 месеци—ова Панасониц опција би могла да им траје 5+ година. То је огромна уштеда, али то такође значи да ће мање батерија завршити на депонијама – нешто о чему се клијенти све више питају док се ослањају на одрживост.

Али ево ствари коју не прикривамо клијентима: солид-стате још увек има обруче кроз које треба да прескочи пре него што се нађе у сваком дрону. Разговарали смо са десетинама малих и средњих оператера дронова у протеклих 6 месеци, а њихова забринутост се враћа на исте изазове – оне који превазилазе „добре спецификације на папиру“.

Прво узмите трошкове. Сами материјали су скупљи: чврсти електролити у овим батеријама коштају више од течних у литијум-јонским, а машине потребне за њихову производњу? Нису готови. Почетни произвођач дронова у Тексасу рекао нам је да желе да пређу на солид-стате, али би им почетни трошак преуређења подешавања батерије појео цео годишњи буџет. За велике играче као што су ЕХанг или Панасониц, то је подесно - али за већину оператера то је тренутно препрека.

Затим постоји проблем „стабилности интерфејса“ – отмјени изрази за једноставно питање: чврсти електролит и електроде батерије морају да остану у чврстом, доследном контакту да би добро функционисале. Али сваки пут када се батерија пуни и празни, електроде се мало скупљају и шире. Временом, то ствара мале празнине, а батерија брже губи снагу. Видели смо ово из прве руке на тесту дронова на фарми прошлог пролећа: после 50 циклуса, време лета солид-стате батерије је опало за 12% – што није проблем, али довољно да је фармер упитао: „Хоће ли се ово погоршати?“ Тренутно је одговор „можда“, док произвођачи не пронађу издржљивије материјале за електроде.

Крхкост је још једна главобоља, посебно за дронове који лете у тешким условима. Већина чврстих електролита на бази керамике је чврста, али не и флексибилна. Тим за потрагу и спасавање у Колораду тестирао је керамичко-електролитну батерију прошле зиме; приликом слетања на каменит терен, кућиште батерије је напукло (срећом, без пожара), а дрон је изгубио снагу. Литијум-јонски би могао да процури у том сценарију, али обично ради довољно дуго да безбедно слети. За дронове који се баве вибрацијама (као што су скенери градилишта) или тврдим слетањима (као што су дронови за праћење дивљих животиња), ово је велика брига.

Чак ни литијум-дендрити - те сићушне структуре налик на иглу које краће литијум-јонске батерије - нису у потпуности нестале. Они су ређи у чврстом стању, али смо чули од инжењера батерија да при великим брзинама пуњења (попут Панасоницовог 3-минутног пуњења) дендрити и даље могу да се формирају. То је мањи ризик, али за оператере који лете изнад гужви, „мање“ није увек „довољно добро“.

Врућина је још једно изненађење. Чврсто стање је безбедније при високим температурама од литијум-јонског, али такође не расипа топлоту. Дрон који се користи за задатке велике снаге — попут подизања тешких терета или дугог летења највећом брзином — може брзо да акумулира топлоту. Радили смо са логистичким клијентом који је тестирао дрон у чврстом стању за испоруку пакета од 50 лб; након 25 минута лета, батерија се довољно загрејала да је софтвер дрона приморао да раније слети. Морали су да додају лагани хладњак, који је смањио капацитет носивости - поразивши део сврхе преласка на солид-стате.

И не заборавимо обим производње. Тренутно се већина солид-стате батерија производи у малим серијама. Оператер дронова коме је потребно 100 батерија месечно може чекати 6-8 недеља на испоруку, док су литијум-јонске батерије на залихама истог дана. Све док фабрике не буду могле да испразне солид-стате батерије тако брзо (и јефтино) као литијум-јонске, усвајање ће остати споро за све осим највећих тимова.

Када су у питању сами чврсти електролити, не постоји ни „једна величина за све”. Керамика је одлична за проводљивост - пушта јоне да се брзо крећу, што значи више снаге - али је крхка, као што смо видели. Полимери су флексибилни, тако да боље подносе вибрације, али су спорији на собној температури - у реду за пољопривредне дрон који се споро креће, али лоше за дрон за брзу испоруку. Сулфиди су средина: добра проводљивост и флексибилност, али реагују на влагу. Оператер обалских дронова на Флориди рекао нам је да морају да додају водоотпорно кућиште батеријама на бази сулфида, што је додало тежину. Одабир правог електролита у потпуности зависи од тога шта дрон ради - и где лети.

Ипак, ево добрих вести: сваки изазов који смо споменули се решава, један по један тест. ЕХангов лет није био случајност; то је знак да произвођачи смишљају како да прилагоде солид-стате дронове. Панасониц-ова батерија за брзо пуњење није само прототип – она почиње да се испоручује одабраним клијентима. И како све више оператера тражи солид-стате, трошкови ће пасти.

За свакога ко тренутно води посао са дроновима, питање није „да ли ће солид-стате преузети власт – већ „када и како се припремити“. Почните са малим: тестирајте неколико солид-стате батерија са вашим најзахтјевнијим дроном (попут испоруке или трагања и спашавања) и пратите уштеде на времену и замјенама. Разговарајте са својим добављачем батерија о прилагођеним решењима—многи су вољни да подесе електролите за ваш специфични случај употребе.

Солид-стате још увек није савршен, али је већ бољи од литијум-јонског на оно што је најважније: дужи летови, безбедније операције и мање застоја. И како се прегиби решавају? Гледамо у будућност у којој дронови не само да „обављају посао“ – они то раде брже, јефтиније и на више места него икада раније.

Ако сте знатижељни о томе која солид-стате батерија има смисла за ваше дронове или желите да чујете више о тестовима које смо спровели са клијентима, јавите нам се. Ово није само прича о технологији – ради се о томе да ваше операције дронова раде теже за вас.